計算機應用專業(yè)畢業(yè)設計（論文）基于單片機的紅外防盜報警器的設計

1、西安航空技術高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 題 目：紅外防盜報警器學 號： 姓 名 專 業(yè)： 計算機應用 班 級： 計應1129 指導教師： 設計地點：西安航空技術高的?？茖W校 二o 一一年五月二日紅外防盜報警器的設計xxx計算機應用專業(yè) 學號：摘 要：本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和pc機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅動執(zhí)行報警電路、led控制電路等部分組成。處理

2、器采用51系列單片機at89c51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。hg關鍵詞：單片機；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路abstract: the system uses a pyroelectric infrared sensor, making it a simple, low cost, more convenient installation, and security performance is relatively stable, anti-interference ability, high sensitivity, safety and reliability. the hi

3、dden anti-theft devices installed, thieves can not easily be found, and it signals processed through the scm system to facilitate communication and pc, to facilitate the unified management of multiple users. the design includes two parts, hardware and software design. hardware includes single chip c

4、ontrol circuit, infrared sensor circuit, driving the implementation of the alarm circuit, led control circuit and other components. 51 series processor at89c51, the whole system is under the control of the system software to work. keywords: microcontroller; infrared sensor; data collection; alarm ci

5、rcuit 目 錄摘要1引言 41.1設計任務與要求 42 基礎知識介紹42.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹 42.2 pir的原理特性52.3 at89c51單片機簡單概述52.3.1 at89c51單片機的結構52.3.2 at89c51單片機管腳說明63 方案設計83.1總體設計思路 83.2具體電路模塊設計 93.2.1 熱釋電紅外傳感器原理 93.2.2 放大電路的設計 93.2.3 時鐘電路的設計 93.2.4 復位電路的設計103.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計103.2.6 聲音報警電路的設計113.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明113.4 軟件的程序實現(xiàn)123.4.1主程序工作流

6、程圖123.4.2中斷服務程序工作流程圖134 軟件仿真135總結136參考文獻14附錄一 設計編程程序14附錄二 單片機控制的紅外防盜報警器原理圖16附錄三 單片機控制的紅外防盜報警器pcb圖17附錄四 proteus仿真原理圖18 1 引言隨著社會的不斷進步和科學技術、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設計中所

7、使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關、遙測等領域。1.1 設計任務與要求 (1)該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、led控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設定、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設定

8、模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進入；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲音信號。2 基礎知識介紹2.1

9、熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(pir)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內部電路框圖。圖1 熱釋電紅外傳感器的內部電路框圖2.2 pir的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的

10、紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓信號。2.3 at89c51單片機簡單概述2.3.1 at89c51單片機的結構

11、 at89c51單片機是美國atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（eprom）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存取技術生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（cpu）和flash 存儲單元，功能強大。at89c51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。圖2為at89c51單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括cpu、存儲器、可編程i/o口、定時器/計數(shù)器、串行口等

12、，各部分通過內部總線相連。下面介紹幾個主要部分。振蕩器和時序osc程序存儲器4 kb rom數(shù)據(jù)存儲器256 b ram/sfr定時器/計數(shù)器 2 16 at89c51cpu64 kb總線 擴展控制器可編程 i/o可編程全雙工串行口內中斷外時鐘源 外部事件計數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信圖2 at89c51 功能方塊圖2.3.2 at89c51管腳說明atmel公司的at89c51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。at89c51單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口

13、，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，

14、當p2口被寫1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入1后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流。p3口也可作為at89c

15、51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 int0（外部中斷0）p3.3 int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出

16、正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。psen：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/vp：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，將內部鎖定為reset；當端保持高電平時，此間內部程序存儲器。

17、在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。3 方案設計3.1 總體設計思路本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、led控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設定、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸

18、出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路及相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖3總體設計框圖所示： at89c51復位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路led發(fā)光顯示放大驅動驅動圖3 總體設計框圖 處理器采用51系列單片機at89c51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機

19、。在單片機內，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。3.2 具體電路模塊設計3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如圖4所示, 在vcc電源端利用c1和r2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過fet放大后，經(jīng)過c2，r1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過npn的轉化，

20、輸出out為低電平。圖4 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設計如圖5所示為最基本的放大電路，vi是輸入電壓信號，vo是輸出放大的電壓信號。圖5 放大電路圖3.2.3 時鐘電路的設計xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖6所示為時鐘電路。圖6 時鐘電路圖3.2.4

21、復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后, 在reset端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12mhz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖7示為復位電路。圖7 復位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的rxd的引腳，外接vcc，當單片機的rxd引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用。圖8所示為發(fā)光二極管報警電路。圖8 發(fā)光二極管報警電路圖3.2.6 聲音報警電路的設計如下圖所示，用一個speaker和三極管、電阻接到單片機的t

22、xd引腳上，構成聲音報警電路，如圖9示為聲音報警電路。圖9 聲音報警電路圖3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設計見附圖示，從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： at89c51、熱釋電紅外傳感器、led、按鍵、反相器74ls04、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，以及單片機的手工復位電路等。其中d1為電源工作指示燈，d2是正常工作指示燈，d3d6是起報警指示作用，當rxd腳被置低電平時，d3d6亮紅燈開始報警，同樣，txd腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設有2個按鍵，s1鍵作為倒計時的暫停鍵, s2鍵作為作為電路復位鍵。3.4 軟件的程序實現(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工

23、作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示；系統(tǒng)初始化聲光報警結束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結束ynnyyn圖10 主程序工作流程圖3.4.2 中斷服務程序工作流程圖本主程序實現(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用

24、。手工按鍵停止報警中斷服務程序工作流程圖，如下圖11所示；中斷源發(fā)出中斷申請關中斷、保護現(xiàn)場into端有輸入信號關閉報警恢復現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖11 中斷服務程序工作流程圖4 軟件仿真本設計通過利用proteus仿真，將所編寫的程序用keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄c。本設計所要求達到的目標是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當報警結束后，綠燈亮起。5 總結本設計研究了一種基于單片機技術的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以at89c51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非

25、接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)范圍內移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖捷斎雴纹瑱C，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。6 參考文獻 0 王曉銀. it電子產(chǎn)品設計與仿真實習. 西安航空技術高的?？茖W校.1 吳政江. 單

26、片機控制紅外線防盜報警器j. 錦州師范學院學報, 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術m. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機原理及接口技術m. 西安: 西安電子科技大學出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于at89c51的智能無線安防報警器 j. 電子設計應用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利. 單片機原理及接口技術m. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2004.6 薛均義, 張彥斌. mcs-51系列單片微型計算機及其應用m. 西安: 西安交通大學出版社, 2005.7 徐愛鈞, 彭秀華. 單片機高級語言c51應用程序設計m. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2006.8 康華光. 電子技術基礎（模擬部分）m. 北京: 高等教育出版社, 2004.0 王曉銀. it電子產(chǎn)品設計與仿真實習. 西安航空技術高的?？茖W校.附錄一 設計編程程序1. 主程序清單如下： org 0000h ljmp main org 0003h ljmp pint0 org 0200hmain: mov ie,#81h ;cpu開放中斷，int0允許中斷 setb it0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 mov sp,#30h ;指